變速器取力器通氣塞漏油分析及改進設(shè)計

楊 罡

（中國重汽集團大同齒輪有限公司技術(shù)中心，山西 大同 037305）

引言

變速器是汽車底盤傳動系統(tǒng)的主要部件之一，根據(jù)整車的使用工況，有的還應(yīng)加裝取力器。取力器是裝在變速器外側(cè)的部件，是從變速器內(nèi)部獲取動力，帶動油泵或其他裝置實現(xiàn)動力輸出，廣泛配置在自卸車、消防車、水泥攪拌車等車型上。為了變速器和取力器穩(wěn)定、長期的工作，在其內(nèi)部設(shè)計了潤滑系統(tǒng)，用潤滑劑減少摩擦副的摩擦和降低溫度，或是改善其它形式的表面破壞的措施［1］。

文章分析的取力器裝配在變速器的后端，相對于變速器輸出法蘭中心所在的水平面而言屬于后上置取力器。因取力器中心高于變速器輸出法蘭中心，其潤滑油不能與變速器聯(lián)通，導(dǎo)致重力作用油液回流到變速器中，造成取力器缺油。因此該取力器設(shè)計了獨立且封閉的潤滑系統(tǒng)，為保證工作過程中內(nèi)部的氣壓平衡，并設(shè)置了獨立的通氣塞。該取力器在市場使用過程中出現(xiàn)通氣塞漏油的現(xiàn)象，文章通過對故障機理進行分析和改進設(shè)計，達到消除故障的目的［2］。

1 取力器通氣塞漏油分析

對整車出現(xiàn)取力器通氣塞漏油的現(xiàn)象進行分析，發(fā)現(xiàn)漏油部位集中在通氣塞周邊，且油量不多。

啟動車輛后，讓取力器處于工作狀態(tài)，再現(xiàn)故障現(xiàn)象：

1）取力器在啟動后并沒有馬上出現(xiàn)漏油，而是連續(xù)工作一段時間后出現(xiàn)潤滑油從通氣塞滲出的現(xiàn)象。

2）油液泄露的速度不快，泄露量也不大，只是不斷出現(xiàn)往外滲漏的小油泡。

拆解故障取力器，分析取力器內(nèi)部結(jié)構(gòu)并結(jié)合其在整車工況下潤滑系統(tǒng)的工作狀態(tài)，推斷出如下故障機理，如圖1所示。

圖1 取力器通氣塞處漏油內(nèi)部機理圖

3）取力器內(nèi)部齒輪的下半部分浸泡在潤滑油中，當(dāng)取力器工作時齒輪旋轉(zhuǎn)，齒面上附著的潤滑油由于離心力的作用被甩出去，其中一部分飛濺到取力器前殼的內(nèi)壁上，在整車安裝狀態(tài)下，前殼內(nèi)壁上的潤滑油在受重力的情況下，會從左向右流動，到達右側(cè)的凸點處滴下。

4）前殼內(nèi)壁的凸點處位于后殼通氣塞連接孔內(nèi)部的方形通氣窗口范圍內(nèi)，在整車安裝狀態(tài)下，取力器隨變速器有一個4°的后傾角度，前殼凸點處滴下的潤滑油落在后殼的通氣窗口內(nèi)，并在此處形成油液的聚集。齒輪不停的旋轉(zhuǎn)，潤滑油被很快地甩上來，因潤滑油有一定的粘度，受重力作用從窗口流出的速度較慢，造成聚集的油液越來越多。

5）聚集的潤滑油一部分進入到了后殼通氣塞連接孔里，由于截面積變小，潤滑油在后殼通氣塞連接孔內(nèi)形成了一個個油膜。油膜阻斷了取力器內(nèi)部氣體和外界空氣的連通。取力器在工作負荷下釋放熱量，隨著溫度不斷升高，內(nèi)部氣體受熱膨脹壓力升高，向外排出，推動油膜向通氣塞出移動，從通氣塞處流出，造成了漏油現(xiàn)象。

2 針對故障機理的取力器改進設(shè)計

針對造成漏油問題的故障機理，對取力器潤滑系統(tǒng)做了相應(yīng)的改進設(shè)計，改進后的內(nèi)部機理圖如圖2所示。

圖2 取力器通氣塞處漏油改進后內(nèi)部機理圖

1）在取力器前殼內(nèi)部偏左側(cè)的位置設(shè)計一個凸點，使得飛濺到內(nèi)壁面的潤滑油從此凸點處滴下落回取力器內(nèi)，減少流到后殼通氣塞連接孔內(nèi)部通氣窗口的油量。

2）縮小后殼通氣塞連接孔內(nèi)部的通氣窗口形狀，并改變窗口位置，使其不在前殼凸點處油液集中滴落的范圍內(nèi)，降低油液進入窗口的幾率。

3）減短后殼通氣窗口下壁的長度，前殼內(nèi)壁面滴落的油液不會直接落在通氣窗口內(nèi)，降低油液聚集的可能性。

4）增大通氣孔向上一段的孔徑，以擴大油膜和孔壁的接觸面積，加快油膜上的潤滑油在在重力作用下從孔壁上流下的速度，達到減薄油膜的目的。

5）加長通氣孔向上一段的長度，讓油膜在向上移動的過程中不斷減薄，有足夠的距離使油膜減薄直到破裂，破裂后油液沿孔壁流下，解決了從通氣塞滲漏的問題。

3 改進后取力器的試驗驗證

將改進后的取力器總成裝配到變速器上，并將變速器連同取力器整體按照整車工況以4度的后傾角度安裝到潤滑試驗臺上進行臺架試驗驗證。臺架試驗條件為：輸入端轉(zhuǎn)速與發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速相同，取力器掛擋處于連續(xù)工作狀態(tài)。對于通氣塞漏油問題來說，此試驗條件模擬了最嚴格的實際使用工況，取力器連續(xù)試驗4h，沒有出現(xiàn)通氣塞漏油現(xiàn)象。

4 結(jié)論

1）通過故障再現(xiàn)并拆解故障取力器，發(fā)現(xiàn)在整車工況下取力器存在漏油的可能，推斷出漏油的故障機理，據(jù)此進行改進設(shè)計。

2）針對漏油的故障機理，對取力器潤滑系統(tǒng)進行相應(yīng)的改進設(shè)計，以解決通氣塞漏油問題。

3）改進后的取力器總成模擬整車工況，在潤滑試驗臺上進行臺架試驗驗證，取力器連續(xù)試驗4h，沒有出現(xiàn)通氣塞漏油現(xiàn)象，達到改進目的。

［1］濮良貴.機械設(shè)計［M］.北京：高等教育出版社，2011.

［2］張棟.失效分析［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2004.